JP2001281470A - Ferromagnetic material-containing optical fiber as well as current sensor and magnetic field sensor using the optical fiber - Google Patents

Ferromagnetic material-containing optical fiber as well as current sensor and magnetic field sensor using the optical fiber

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JP2001281470A
JP2001281470A JP2000094788A JP2000094788A JP2001281470A JP 2001281470 A JP2001281470 A JP 2001281470A JP 2000094788 A JP2000094788 A JP 2000094788A JP 2000094788 A JP2000094788 A JP 2000094788A JP 2001281470 A JP2001281470 A JP 2001281470A
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JP
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optical fiber
light
yig
incident
detector
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Application number
JP2000094788A
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Japanese (ja)
Inventor
Yotaro Yamazaki
陽太郎 山崎
Terumi Hirano
輝美 平野
Carlos Seiichi Kuroda
カルロス 清一 黒田
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Rikogaku Shinkokai
Original Assignee
Rikogaku Shinkokai
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber having excellent magneto-optical characteristics and to provide a high-sensitivity current sensor and magnetic sensor using the optical fiber. SOLUTION: The optical fiber 103 is constituted by including the particles of a ferromagnetic material. The current sensor and magnetic sensor are constituted to have a light source 101 for emitting light, a polarizer 102 for polarizing light to linearly polarized light and an analyzer 104, the optical fiber 103 containing the particles of the ferromagnetic material and a photodetector 105 for detecting the light. The detector 105 is arranged with respective parts in such a manner hat the light emitted from the light source 101 is received through the polarizer 102, the optical fiber 103 and the analyzer 104. Such optical fiber 103 includes the particles of the ferromagnetic material and has the excellent magneto-optical characteristics. The current sensor and magnetic sensor use such optical fiber 103 in a detecting section for current and magnetism and is therefore high in sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気光学特性に優
れる光ファイバに関する。さらに、この光ファイバを用
いた高感度な電流センサ及び磁気センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber having excellent magneto-optical characteristics. Further, the present invention relates to a high-sensitivity current sensor and a magnetic sensor using the optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気光学効果として、一般に、電子のエ
ネルギ準位が分裂するゼーマン効果(Zeeman effect
)、直線偏光の方位が回転するファラデー効果(Farad
ay effect)、反射光の偏光の方位が変わる磁気光学的
カー効果(magnetic Kerr effect)、磁気的複屈折のフ
ォークト効果(Voigt effect)・コットンムートン効果
(Cotton-Mouton effect)などが知られている。
2. Description of the Related Art In general, as a magneto-optical effect, the Zeeman effect (electron energy level splitting) occurs.
), The Faraday effect in which the direction of linearly polarized light rotates (Farad effect)
ay effect), the magneto-optical Kerr effect that changes the direction of polarization of reflected light (magnetic Kerr effect), the Voigt effect of magnetic birefringence, and the Cotton-Mouton effect are known. .

【0003】従来、光ファイバは、シリカガラスやプラ
スチックなどの常磁性体材料で製造されている。特に、
ファラデー回転を利用して導電体中を流れる電流を測定
する電流センサや測定対象物の磁界を測定する磁気セン
サも、これら常磁性体材料の光ファイバを用いて検出部
を製造している。例えば、特開平08−054420号
公報では、シリカ光ファイバをコイル状に巻いて検出部
を構成している。
Conventionally, optical fibers have been manufactured from paramagnetic materials such as silica glass and plastic. In particular,
A current sensor that measures a current flowing through a conductor using Faraday rotation and a magnetic sensor that measures a magnetic field of an object to be measured also manufacture a detection unit using an optical fiber made of these paramagnetic materials. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-054420, a detection unit is configured by winding a silica optical fiber in a coil shape.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、常磁性体材
料は、磁気光学効果が小さいという問題がある。特に、
電流センサや磁気センサでは、その検出部の光ファイバ
を長尺化する必要があるという問題があった。ファラデ
ー回転角は、磁化の光進行方向成分と、磁性体を通過す
る長さとに比例するからである。さらに、光ファイバに
捩れなどが生じると、光ファイバの3次元空間内におけ
る形状が変化して、この捩れを光路長に亘って積分した
分だけ偏波面が回転する。このため、例えば、光ファイ
バに振動が加わったために形状が変化し、被検電流の電
流値に変化がないのに出力値が変化するという問題もあ
った。
The paramagnetic material has a problem that the magneto-optical effect is small. In particular,
The current sensor and the magnetic sensor have a problem that the length of the optical fiber of the detection unit needs to be increased. This is because the Faraday rotation angle is proportional to the light traveling direction component of the magnetization and the length of the magnetization passing through the magnetic body. Further, when a twist or the like occurs in the optical fiber, the shape of the optical fiber in the three-dimensional space changes, and the polarization plane rotates by an amount obtained by integrating the twist over the optical path length. For this reason, for example, there is a problem that the shape changes due to the vibration applied to the optical fiber, and the output value changes even though the current value of the test current does not change.

【0005】一方、強磁性体は、不透明であり堅い物質
であるため、シリカガラス中やプラスチックファイバ中
に分散させるのは困難であるという問題もあった。そこ
で、本発明は、強磁性体の微粒子を分散させることで、
磁気光学特性の優れた光ファイバを提供することを目的
とする。さらに、本発明は、この光ファイバを用いるこ
とによって、検出部の小型化及び高感度な電流センサ及
び磁気センサを提供することを目的とする。そして、検
出部を短くすることによって、3次元形状の変形による
検出値に与える影響を抑制することができる電流センサ
及び磁気センサを提供することを目的とする。
On the other hand, since a ferromagnetic material is an opaque and hard substance, it is difficult to disperse it in silica glass or plastic fiber. Therefore, the present invention is to disperse the ferromagnetic fine particles,
An object of the present invention is to provide an optical fiber having excellent magneto-optical characteristics. Further, it is another object of the present invention to provide a current sensor and a magnetic sensor which are small in size and high in sensitivity by using this optical fiber. An object of the present invention is to provide a current sensor and a magnetic sensor that can suppress the influence on the detection value due to the deformation of the three-dimensional shape by shortening the detection unit.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の手段とし
て、光ファイバは、強磁性体の粒子を含むことで構成さ
れる。本発明の第2の手段として、光ファイバは、強磁
性体の粒子を含む磁性体膜で一端面を覆ったことで構成
される。
As a first means of the present invention, an optical fiber is constituted by containing ferromagnetic particles. As a second means of the present invention, the optical fiber is constituted by covering one end face with a magnetic film containing ferromagnetic particles.

【0007】本発明の第3の手段として、光ファイバ
は、第の2手段において、強磁性体膜における光ファイ
バと接していない表面を鏡面としたことで構成される。
本発明の第4の手段として、光ファイバは、第1の手段
乃至第3の手段のいずれか1つの手段において、強磁性
体が、一般式Bix3-xFe512(0<x≦2.0)
であるビスマス置換鉄ガーネットであることで構成され
る。
[0007] As a third means of the present invention, the optical fiber is constituted by, in the second means, making a surface of the ferromagnetic film not in contact with the optical fiber a mirror surface.
As a fourth means of the present invention, an optical fiber, in any one of the means in the first means to the third means, is ferromagnetic, the general formula Bi x Y 3-x Fe 5 O 12 (0 < x ≦ 2.0)
Is a bismuth-substituted iron garnet.

【0008】本発明の第5の手段として、光ファイバ
は、第1の手段乃至第3の手段のいずれか1つの手段に
おいて、強磁性体が、一般式R3-xBixFe5-yy12
(但し、Rは元素記号Y,La,Ce,Pr,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,T
m,Yb及びLuからなる群より選ばれる一種類以上の
希土類元素を示し、BiはRと置換する元素、FeはM
と置換する元素、Mは元素記号Al,Ga,Cr,M
n,Sc,In,Ru,Rh,Co,Fc(II),C
u,Ni,Zn,Li,Si,Ge,Zr,Ti,H
f,Sn,Pb,Mo,V及びNbからなる群より選ば
れる一種類以上の元素を示し、R及びBiはガーネット
結晶構造においてcサイトを占め、Fe及びMはガーネ
ット結晶構造においてa及び/又はdサイトを占め、
0.5≦x≦2、y=0,0.5,1,1.5)である
アルミニウム置換ビスマス置換鉄ガーネットであること
で構成される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber according to any one of the first to third aspects, wherein the ferromagnetic material is selected from the group consisting of the general formula R 3-x B x Fe 5-y MyO 12
(Where R is the element symbol Y, La, Ce, Pr, Nd, P
m, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
m represents at least one rare earth element selected from the group consisting of m, Yb, and Lu; Bi is an element replacing R;
And M is an element symbol of Al, Ga, Cr, M
n, Sc, In, Ru, Rh, Co, Fc (II), C
u, Ni, Zn, Li, Si, Ge, Zr, Ti, H
represents at least one element selected from the group consisting of f, Sn, Pb, Mo, V and Nb, R and Bi occupy c sites in the garnet crystal structure, and Fe and M represent a and / or occupy d sites,
(0.5 ≦ x ≦ 2, y = 0, 0.5, 1, 1.5).

【0009】本発明の第6の手段として、電流センサ
は、光を射出する光源と、光を直線偏光にする偏光子及
び検光子と、第1の手段の光ファイバと、光を検出する
検出器とを備え、検出器は、光源から射出された光を、
偏光子、光ファイバ及び検光子を介して受光することで
構成される。本発明の第7の手段として、電流センサ
は、光を射出する光源と、入射する光を2方向に分岐す
るビームスプリッタと、光を直線偏光にする偏光板と、
第1の手段乃至第5の手段のいずれか1つの手段の光フ
ァイバと、光を検出する検出器とを備え、光源から射出
された光は、ビームスプリッタ及び偏光板を介して光フ
ァイバに入射され、入射された光は、光ファイバの入射
端とは逆の端で反射されて入射端から射出され、射出さ
れた光は、偏光板及びビームスプリッタを介して検出器
に入射されるようにして構成される。
As a sixth means of the present invention, a current sensor comprises a light source for emitting light, a polarizer and an analyzer for converting light into linearly polarized light, an optical fiber of the first means, and a detecting means for detecting light. And a detector, wherein the detector emits light emitted from the light source,
It is configured by receiving light through a polarizer, an optical fiber, and an analyzer. As a seventh means of the present invention, the current sensor includes a light source that emits light, a beam splitter that branches incident light into two directions, and a polarizing plate that converts light into linearly polarized light;
An optical fiber of any one of the first to fifth means and a detector for detecting light are provided, and light emitted from the light source enters the optical fiber via a beam splitter and a polarizing plate. The incident light is reflected at the end opposite to the incident end of the optical fiber and is emitted from the incident end, and the emitted light is made to enter the detector via the polarizing plate and the beam splitter. It is composed.

【0010】本発明の第8の手段として、磁気センサ
は、光を射出する光源と、光を直線偏光にする偏光子及
び検光子と、第1の手段の光ファイバと、光を検出する
検出器とを備え、検出器は、光源から射出された光を、
偏光子、光ファイバ及び検光子を介して受光することで
構成される。本発明の第9の手段として、磁気センサ
は、光を射出する光源と、入射する光を2方向に分岐す
るビームスプリッタと、光を直線偏光にする偏光板と、
第1の手段乃至第5の手段のいずれか1つの手段の光フ
ァイバと、光を検出する検出器とを備え、光源から射出
された光は、ビームスプリッタ及び偏光板を介して光フ
ァイバに入射され、入射された光は、光ファイバの入射
端とは逆の端で反射されて入射端から射出され、射出さ
れた光は、偏光板及びビームスプリッタを介して検出器
に入射されるようにして構成される。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a magnetic sensor comprising: a light source for emitting light; a polarizer and an analyzer for linearly polarizing light; an optical fiber of the first means; And a detector, wherein the detector emits light emitted from the light source,
It is configured by receiving light through a polarizer, an optical fiber, and an analyzer. As ninth means of the present invention, the magnetic sensor includes a light source that emits light, a beam splitter that splits incident light in two directions, and a polarizing plate that converts light into linearly polarized light.
An optical fiber of any one of the first to fifth means and a detector for detecting light are provided, and light emitted from the light source enters the optical fiber via a beam splitter and a polarizing plate. The incident light is reflected at the end opposite to the incident end of the optical fiber and is emitted from the incident end, and the emitted light is made to enter the detector via the polarizing plate and the beam splitter. It is composed.

【0011】このような光ファイバでは、強磁性体であ
るビスマス置換鉄ガーネットY3-xBixFe512(以
下、「Bi−YIG」と略記する。)やアルミニウム置
換ビスマス鉄ガーネットR3-xBixFe5-yy12
(以下、「Al・Bi−YIG」と略記する。)の粒子
を含むため、磁気光学特性の優れた光ファイバとなる。
ここで、Bi−YIGやAl・Bi−YIGは、微粒子
とすることで光ファイバ中に分散可能となる。
[0011] In such an optical fiber, bismuth-substituted a ferromagnetic iron garnet Y 3-x Bi x Fe 5 O 12 ( hereinafter, abbreviated as "Bi-YIG".) Or aluminum-substituted bismuth iron garnet R 3 -x Bi x Fe 5-y M y O 12
(Hereinafter, it is abbreviated as “Al-Bi-YIG”.) The resulting optical fiber has excellent magneto-optical characteristics.
Here, Bi-YIG or Al-Bi-YIG can be dispersed in an optical fiber by making them fine particles.

【0012】そして、このような磁気光学特性の優れ
た、即ち、単位長さ当たりのファラデー回転角の大きい
光ファイバを検出部に使用するため、電流センサ及び磁
気センサは、検出部を小型化することができ、高感度と
なる。さらに、単位長さ当たりのファラデー回転角が大
きいので、検出部の光ファイバ長を短くすることができ
るから、3次元形状の変形による検出値に与える影響を
抑制することができる。
Since the optical fiber having such excellent magneto-optical characteristics, that is, an optical fiber having a large Faraday rotation angle per unit length, is used for the detecting section, the current sensor and the magnetic sensor can be downsized. And high sensitivity. Further, since the Faraday rotation angle per unit length is large, the optical fiber length of the detection unit can be shortened, so that the influence of the deformation of the three-dimensional shape on the detection value can be suppressed.

【0013】なお、電流及び磁気は、検出部の出力値に
応じて求められるが、この際に、偏光方向において検光
子と偏光子とがなす角度を考慮する必要がある。
The current and the magnetism are determined according to the output value of the detection unit. At this time, it is necessary to consider the angle between the analyzer and the polarizer in the polarization direction.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の
構成については、同一の符号を付し、その説明を省略す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0015】(第1の実施形態)第1の実施形態は、一
般式Bix3-xFe512(0<x≦2.0)微粒子分
散光ファイバを用いた電流センサ(磁気センサ)の実施
形態である。 (微粒子の製造)まず始めに、Bi−YIG微粒子の製
造について説明する。
[0015] (First Embodiment) The first embodiment has the general formula Bi x Y 3-x Fe 5 O 12 (0 <x ≦ 2.0) a current sensor (magnetic sensor using the fine particle dispersion optical fiber ) Is an embodiment. (Production of Fine Particles) First, the production of Bi-YIG fine particles will be described.

【0016】微粒子は、様々な方法により製造すること
ができるが、本実施形態では、Bi−YIG微粒子を共
沈・焼成法により製造した。この製造方法では、様々な
組成に調整した、硝酸鉄、硝酸イットリウム、硝酸ビス
マスの混合水溶液から、アンモニア水又は水酸化ナトリ
ウム水溶液を使用して、これらの金属イオンを含む水酸
化物を沈殿させる。そして、これを加熱することによっ
て熱分解を行い酸化物とし、さらに、結晶化を行うこと
でBi−YIG微粒子を製造する。この共沈・焼成法で
は、Bi−YIG微粒子の特性は、沈殿の生成過程及び
熱分解の過程に依存する。
The fine particles can be produced by various methods. In the present embodiment, the Bi-YIG fine particles are produced by a coprecipitation / sintering method. In this production method, a hydroxide containing these metal ions is precipitated from a mixed aqueous solution of iron nitrate, yttrium nitrate, and bismuth nitrate adjusted to various compositions using aqueous ammonia or aqueous sodium hydroxide. Then, this is heated to be thermally decomposed into an oxide, and further to be crystallized to produce Bi-YIG fine particles. In this coprecipitation / calcination method, the characteristics of the Bi-YIG fine particles depend on the process of forming the precipitate and the process of thermal decomposition.

【0017】より具体的な製造工程は、本実施形態で
は、硝酸鉄(III)9水和物、硝酸イットリウム6水和
物及び硝酸ビスマス5水和物を用い、目的とするBi−
YIG微粒子の組成となるように硝酸塩水溶液を作製す
る。完全に溶解させるため、硝酸を加え、pHを例え
ば、3にする。そして、この水溶液を室温、例えば、2
5℃で、ミキサーで激しく攪拌しながら、アンモニア水
を加えてアルカリ性とし、水酸化物の共沈殿物を得る。
ここで、沈殿反応は、中和による溶解度積の変化を利用
しているため、沈殿物の組成は、pHにより影響を受け
る。よって、完全に溶解させた原料水溶液と沈殿物の組
成を一致させるため、pHを8.7よりも大きくして沈
殿させる必要がある。
More specifically, in the present embodiment, the target Bi- is prepared by using iron (III) nitrate nonahydrate, yttrium nitrate hexahydrate and bismuth nitrate pentahydrate in this embodiment.
An aqueous nitrate solution is prepared so as to have a composition of YIG fine particles. For complete dissolution, nitric acid is added to bring the pH to, for example, 3. Then, this aqueous solution is brought to room temperature, for example, 2
At 5 ° C., with vigorous stirring with a mixer, ammonia water is added to make the mixture alkaline, and a hydroxide coprecipitate is obtained.
Here, since the precipitation reaction utilizes a change in solubility product due to neutralization, the composition of the precipitate is affected by the pH. Therefore, in order to make the composition of the completely dissolved raw material aqueous solution and the precipitate match, it is necessary to set the pH to be higher than 8.7 and to precipitate.

【0018】さらに、この沈殿物のサスペンションを濾
過し、褐色スラリ状の沈殿物と濾液に分離し、褐色スラ
リ状の沈殿物を水洗する。例えば、この水洗行程は、褐
色スラリ状の沈殿物に水300mlを加え混合し、濾過
することにより行い、この水洗行程を5回程度繰り返
す。そして、乾燥後、各種温度により脱水及び結晶化を
行い結晶性微粒子を得た。沈殿反応により得られた水酸
化物は、アモルファス状態であるため、Bi−YIG微
粒子を得るためには、熱処理により脱水反応及び結晶化
反応を行う必要があるからである。この微粒子化は、処
理温度と処理時間に依存するが、処理時間が1時間の場
合では、処理温度600℃乃至700℃において、磁性
を持つ微粒子が得られる。より確実に磁性を持つ微粒子
を得るためには、処理温度を650℃乃至700℃とす
ることが好ましい。
Further, the suspension of the precipitate is filtered, separated into a brown slurry-like precipitate and a filtrate, and the brown slurry-like precipitate is washed with water. For example, this washing step is performed by adding and mixing 300 ml of water to the brown slurry-like precipitate, followed by filtration, and this washing step is repeated about five times. After drying, dehydration and crystallization were performed at various temperatures to obtain crystalline fine particles. This is because the hydroxide obtained by the precipitation reaction is in an amorphous state, and thus it is necessary to perform a dehydration reaction and a crystallization reaction by heat treatment in order to obtain Bi-YIG fine particles. Although the formation of fine particles depends on the processing temperature and the processing time, when the processing time is 1 hour, magnetic fine particles can be obtained at a processing temperature of 600 ° C. to 700 ° C. In order to more reliably obtain magnetic fine particles, the processing temperature is preferably 650 ° C. to 700 ° C.

【0019】また、結晶化の終了を確かめる実験を行っ
たところ、処理温度650℃で結晶化が終了することが
分かった。結晶化終了後も熱処理を続けると微粒子は、
焼結し粒成長する。微粒子は、粉砕・分散させるために
は小さい方が好ましいため、650℃以下のできるだけ
低い温度で熱処理することが好ましい。Bi1.61.4
512付近の組成では、簡易に粉砕・分散させる観点
からより最適化を行うと、処理温度略650℃で処理時
間略4時間が好ましい。
An experiment was conducted to confirm the end of crystallization. As a result, it was found that the crystallization was completed at a processing temperature of 650 ° C. If heat treatment is continued after crystallization, fine particles
Sinter and grow grains. Since it is preferable that the fine particles are small in order to be pulverized and dispersed, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature as low as 650 ° C. or less. Bi 1.6 Y 1.4 F
For a composition near e 5 O 12, from the viewpoint of easy pulverization / dispersion, it is preferable that the processing temperature is about 650 ° C. and the processing time is about 4 hours if optimization is further performed.

【0020】ここで、上記各種試薬は、すべて関東化学
株式会社・特級により入手したものである。なお、Bi
1.61.4Fe512微粒子を得るためには、硝酸鉄(II
I)9水和物17.3g、硝酸イットリウム6水和物
4.61g及び硝酸ビスマス5水和物6.67gとすれ
ばよい。
The above-mentioned various reagents were all obtained from Kanto Chemical Co., Ltd., special grade. In addition, Bi
In order to obtain 1.6 Y 1.4 Fe 5 O 12 fine particles, iron nitrate (II
I) What is necessary is just 17.3 g of 9 hydrate, 4.61 g of yttrium nitrate hexahydrate and 6.67 g of bismuth nitrate pentahydrate.

【0021】そして、この粒径のままでプラスティック
光ファイバに分散させてもよいが、Bi−YIG微粒子
による光散乱を抑制するため、より粒径を小さくするた
めには、遊星型ボールミルを使用すればよい。例えば、
前述のBi−YIG微粒子の粉末10重量部及び水90
重量部を混合し、遊星型ボールミル(Frich社製P-5型、
P-7型など)で粉砕処理(ミリング)する。数時間静置
した後に、濾過し、自然乾燥する。
The particle diameter may be dispersed in a plastic optical fiber as it is. However, in order to suppress the light scattering by the Bi-YIG fine particles and to further reduce the particle diameter, a planetary ball mill may be used. I just need. For example,
10 parts by weight of the above-mentioned Bi-YIG fine powder and water 90
Parts by weight and mixed with a planetary ball mill (Frich P-5,
P-7 type). After standing for several hours, it is filtered and air dried.

【0022】磁性微粒子は、粒径の減少に伴い表面の占
める割合が大きくなり、粒径の減少に従って飽和磁化も
減少するが、粒径が略50nm以下では、ほぼ安定する
ことが分かった。さらに、粒径を小さくすると、粒径が
5nm未満では、強磁性体から常磁性体になることも分
かった。本実施形態では、粒径が50nmになるよう
に、略30時間粉砕処理を行った。
It has been found that the ratio of the surface of the magnetic fine particles increases as the particle diameter decreases, and the saturation magnetization also decreases as the particle diameter decreases. Furthermore, it was also found that when the particle size was reduced, if the particle size was less than 5 nm, the ferromagnetic material changed to a paramagnetic material. In the present embodiment, the pulverizing process is performed for about 30 hours so that the particle diameter becomes 50 nm.

【0023】(Bi−YIG微粒子分散光ファイバの製
造)プラスチック光ファイバの製造方法は、一般によく
知られているように、モノマーの精製、重合、紡糸、延
伸、そして、ケーブル加工の各工程から製造される。
(Manufacture of Bi-YIG Fine Particle-Dispersed Optical Fiber) As is generally well known, a method of manufacturing a plastic optical fiber includes manufacturing steps of monomer purification, polymerization, spinning, drawing, and cable processing. Is done.

【0024】本実施形態のBi−YIG微粒子分散光フ
ァイバは、重合反応として懸濁重合の前に、製造したB
i−YIG微粒子を分散させて製造される。Bi−YI
G微粒子は、化学的に不活性であり、重合反応等の処理
においても安定に存在することができる。プラスチック
材としては、ポリメチレンメタクリレート、ポリスチレ
ン、ポリエチレンテレフタレートなど各種透光性プラス
チックを使用することができ、所望の屈折率に併せて選
択される。
The Bi-YIG fine particle-dispersed optical fiber of the present embodiment is manufactured by using B
It is manufactured by dispersing i-YIG fine particles. Bi-YI
The G fine particles are chemically inert and can be stably present even in a treatment such as a polymerization reaction. As the plastic material, various translucent plastics such as polymethylene methacrylate, polystyrene, and polyethylene terephthalate can be used, and are selected according to a desired refractive index.

【0025】また、Bi−YIG微粒子は、プラスチッ
ク光ファイバ全体に亘って分散させる場合に限らず、プ
ラスチック光ファイバの或る一定範囲に分散させるよう
にしてもよい。 (Bi−YIG微粒子濃度及び粒径濃度とファラデー回
転角との関係)Bi−YIG微粒子含有プラスティック
光ファイバの設計を行うための基礎実験結果について説
明する。
The Bi-YIG particles are not limited to being dispersed throughout the plastic optical fiber, but may be dispersed in a certain range of the plastic optical fiber. (Relationship between Bi-YIG Fine Particle Concentration and Particle Size Concentration and Faraday Rotation Angle) A description will be given of a basic experiment result for designing a plastic optical fiber containing Bi-YIG fine particles.

【0026】基礎実験は、Bi−YIG微粒子を含むシ
ート及びロッドを製作し行った。種々のBi濃度のBi
−YIG微粒子を含むシートは、粉砕行程において、種
々の組成のBi−YIG微粒子1g、エポキシバインダ
ー(epo-tek 396,EpoxyTechnology Co.)0.33g、
シクロヘキサノン、20g、分散剤にハイパーマMT-1
(ICIジャパン)0.05gを使用し、ステージ回転
数360rpm、30時間粉砕処理した。そして、粉砕
処理した溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム上
にバーコーターにて塗り広げ、70℃で4時間乾燥させ
て作製した。
In the basic experiment, a sheet and a rod containing Bi-YIG fine particles were manufactured. Bi of various Bi concentrations
In the pulverization process, the sheet containing -YIG fine particles was 1 g of Bi-YIG fine particles of various compositions, 0.33 g of an epoxy binder (epo-tek 396, EpoxyTechnology Co.),
Cyclohexanone, 20g, Hyperma MT-1 as dispersant
(ICI Japan) 0.05g was used and the stage was rotated at 360 rpm for 30 hours. Then, the pulverized solution was spread on a polyethylene terephthalate film with a bar coater and dried at 70 ° C. for 4 hours to prepare a film.

【0027】図1は、Bi−YIG粒子薄膜におけるフ
ァラデー回転角及び光吸収係数とBi濃度との関係を示
す図である。図2は、Bi−YIG粒子薄膜における性
能指数とBi濃度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle, the light absorption coefficient and the Bi concentration in the Bi-YIG particle thin film. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the figure of merit and the Bi concentration in a Bi-YIG particle thin film.

【0028】図1において、横軸は、Bix3-xFee
5O12のxを単位とするBi濃度を示し、左縦軸は、d
eg/cmを単位とするファラデー回転角θF 、右縦軸
は、/cmを単位とする光吸収係数αである。また、図
2において、横軸は、同様にBi濃度を示し、縦軸は、
degを単位とする性能指数Fである。ここで、測定
は、それぞれの組成の微粒子について、X線回折でガー
ネット構造であることを確認した上で、ファラデー回転
角θF は、磁気旋光分散計(日本分光製、MOE-07)で、
光吸収係数αは、紫外可視分光光度計(日立製作所製、
U3210 )でそれぞれ波長520nmの光を使用して計測
した。波長520nmは、鉄ガーネットにおいて、最大
のファラデー回転を示す波長である。なお、磁界の強さ
は、3kOe(エルステッド)である。この磁界の強さ
3kOeは、SI単位系では、240kA/mに相当す
る。
[0028] In FIG. 1, the horizontal axis, Bi x Y 3-x Fe e
The Bi concentration in units of x of 5O 12 is shown, and the left vertical axis indicates d
The Faraday rotation angle θF in units of eg / cm and the right vertical axis is the light absorption coefficient α in units of / cm. In FIG. 2, the horizontal axis similarly shows Bi concentration, and the vertical axis shows
It is a figure of merit F in units of deg. Here, the measurement confirmed that the fine particles of each composition had a garnet structure by X-ray diffraction, and the Faraday rotation angle θF was measured with a magnetic polarimeter (JASCO, MOE-07).
The light absorption coefficient α is an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd.
U3210), respectively, using light having a wavelength of 520 nm. The wavelength of 520 nm is a wavelength that shows the maximum Faraday rotation in iron garnet. The strength of the magnetic field is 3 kOe (Oersted). This magnetic field strength of 3 kOe corresponds to 240 kA / m in the SI unit system.

【0029】また、性能指数Fは、ファラデー回転角θ
F を光吸収係数αで割った値である。従って、図2は、
図1に基づいて作製された図である。図1に示すよう
に、ファラデー回転角θF は、Bi濃度xの増加と伴に
増大し、x=1.8で最大値約3.5×103 deg/
cmを示した。X線回折の結果を参照するとx=1.8
より大きいBi濃度では、ガーネット構造の乱れが見
え、これがファラデー回転角θF の減少になったものと
考えられる。Bi濃度x=2.0においてもファラデー
回転角θF は、約1.3×103 であり、常磁性体に較
べ2桁程度大きな値を示し、なお有効である。
The figure of merit F is the Faraday rotation angle θ.
It is a value obtained by dividing F by the light absorption coefficient α. Therefore, FIG.
It is the figure produced based on FIG. As shown in FIG. 1, the Faraday rotation angle θF increases with an increase in the Bi concentration x, and at x = 1.8, the maximum value is about 3.5 × 10 3 deg /.
cm. Referring to the result of X-ray diffraction, x = 1.8
At a higher Bi concentration, a garnet structure disorder was observed, which is considered to have resulted in a decrease in the Faraday rotation angle θF. Even at a Bi concentration x = 2.0, the Faraday rotation angle θF is about 1.3 × 10 3, which is about two orders of magnitude larger than that of a paramagnetic material, and is still effective.

【0030】また、光吸収係数αは、Bi濃度xの増加
と伴に緩やかに増加し、x>1.8では、急激に増加す
る。このため、性能指数Fは、図2に示すように、x=
1.8で最大値約1.5となる。以上より、Biを置換
(0<x≦2.0)することにより、磁気光学特性の優
れた微粒子が得られ、微粒子は、x=1.8のBi濃度
において、最も優れた磁気光学特性を示す。
The light absorption coefficient α gradually increases with an increase in the Bi concentration x, and rapidly increases when x> 1.8. Therefore, as shown in FIG.
At 1.8, the maximum value is about 1.5. As described above, by substituting Bi (0 <x ≦ 2.0), fine particles having excellent magneto-optical characteristics can be obtained, and the fine particles exhibit the most excellent magneto-optical characteristics at a Bi concentration of x = 1.8. Show.

【0031】一方、種々の粒子濃度のBi−YIG微粒
子を含むシートは、粉砕行程において、Bi1.81.2
512微粒子1g、エポキシバインダー(epo-tek 39
6,Epoxy Technology Co.)10g〜0.1g、シクロヘ
キサノン10〜25g、分散剤にハイパーマMT-1(I
CIジャパン)0.05gを使用した。これにより、エ
ポキシバインダと微粒子の割合を変え、微粒子の体積濃
度を0.05≦z≦0.70とした。そして、ステージ
回転数360rpm、30時間粉砕処理し、粉砕処理し
た溶液をガラス基板上にスピンコート法により塗り広
げ、さらに、70℃で4時間乾燥させてて作製した。
On the other hand, sheets containing Bi-YIG fine particles having various particle concentrations are subjected to Bi 1.8 Y 1.2 F
e 5 O 12 fine particles 1g, epoxy binder (epo-tek 39
6, Epoxy Technology Co.) 10 g to 0.1 g, cyclohexanone 10 to 25 g, and Hyperma MT-1 (I
CI Japan) 0.05 g was used. Thus, the ratio between the epoxy binder and the fine particles was changed, and the volume concentration of the fine particles was set to 0.05 ≦ z ≦ 0.70. Then, a pulverization treatment was performed at a stage rotation number of 360 rpm for 30 hours, and the pulverized solution was spread and spread on a glass substrate by a spin coating method, and further dried at 70 ° C. for 4 hours.

【0032】図3は、Bi−YIG粒子薄膜におけるフ
ァラデー回転角及び光吸収係数と粒子濃度との関係を示
す図である。図4は、Bi−YIG粒子薄膜における性
能指数と粒子濃度との関係を示す図である。図3におい
て、横軸は、粒子濃度を示し、左縦軸は、deg/cm
を単位とするファラデー回転角2θF 、右縦軸は、/c
mを単位とする光吸収係数αである。また、図4におい
て、横軸は、同様に粒子濃度を示し、縦軸は、degを
単位とする性能指数Fである。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle, the light absorption coefficient and the particle concentration in a Bi-YIG particle thin film. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the figure of merit and the particle concentration in a Bi-YIG particle thin film. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the particle concentration, and the left vertical axis indicates deg / cm.
Faraday rotation angle 2θF in units of
is the light absorption coefficient α in units of m. In FIG. 4, the horizontal axis similarly shows the particle concentration, and the vertical axis is the figure of merit F in units of deg.

【0033】ファラデー効果は、Bi−YIG微粒子に
より発現する特性であるから、図3に示すように粒子濃
度zの増加とともに増大する。また、光吸収係数αは、
微粒濃度xの増加とともに緩やかに増加する。これは、
Bi−YIG微粒子による散乱のためであると思われ
る。このため、性能指数Fは、図4に示すように、粒子
濃度zの増加と伴に増大し、0.40≦z≦0.53で
最大値2.2を示した。
Since the Faraday effect is a characteristic exhibited by Bi-YIG fine particles, it increases as the particle concentration z increases, as shown in FIG. The light absorption coefficient α is
It increases gradually with an increase in the fine particle concentration x. this is,
It is thought to be due to scattering by Bi-YIG fine particles. For this reason, as shown in FIG. 4, the figure of merit F increased with an increase in the particle concentration z, and exhibited a maximum value of 2.2 at 0.40 ≦ z ≦ 0.53.

【0034】以上より、特に、粒子/バインダ比が0.
40≦z≦0.53の領域において、光学的に均一で光
散乱を少なくすることができ、かつ、ファラデー回転角
θFを大きくすることができる。
From the above, in particular, when the particle / binder ratio is 0.1.
In the range of 40 ≦ z ≦ 0.53, light scattering can be reduced optically and the Faraday rotation angle θF can be increased.

【0035】次に、ロッドの実験結果について説明す
る。ロッドは、平均粒径46nmのBi1.51.5Fe5
121.1mg、エポキシ系樹脂材(Epok812 、応研
商事株式会社)15.034g、分散剤にハイパーマM
T-1(ICIジャパン)0.0155を混合し、遊星型
ボールミルにより粉砕・攪拌した。その後、エポキシ樹
脂硬化剤MNA(応研商事株式会社)13.429g,
DMP-30 (応研商事株式会社)0.64gを加えて、
さらに5分間攪拌した。これを真空中に60度で24時
間硬化させ、直径10mm、長さ10mmのロッドに成
形した。また、参照用試料としてBi−YIG微粒子を
含まない同様のエポキシ系樹脂ロッドを作製した。エポ
キシ樹脂は、原料である熱可塑性のエポキシ化合物に架
橋剤を加えて重合反応を起こさる熱硬化性樹脂である。
Next, experimental results of the rod will be described. The rod is made of Bi 1.5 Y 1.5 Fe 5 having an average particle size of 46 nm.
O 12 1.1 mg, epoxy resin material (Epok812, Oken Shoji Co., Ltd.) 15.034 g, Hyperma M as dispersant
T-1 (ICI Japan) 0.0155 was mixed and pulverized and stirred by a planetary ball mill. Thereafter, 13.429 g of an epoxy resin curing agent MNA (Oken Shoji Co., Ltd.),
Add 0.64 g of DMP-30 (Oken Shoji Co., Ltd.)
Stir for an additional 5 minutes. This was cured in a vacuum at 60 degrees for 24 hours and formed into a rod having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm. Further, a similar epoxy resin rod containing no Bi-YIG fine particles was prepared as a reference sample. The epoxy resin is a thermosetting resin that causes a polymerization reaction by adding a crosslinking agent to a thermoplastic epoxy compound as a raw material.

【0036】ここで、ロッドは、測定の都合上、熱硬化
性樹脂を使用したが、一般に知られていることであるが
セラミックス(Bi−YIG粒子やAl・Bi−YIG
粒子などの強磁性体材料)と多くの熱可塑性樹脂との濡
れは良好であるので、強磁性体粒子を熱硬化性樹脂にも
分散させることができる。図5は、Bi−YIG粒子分
散ロッドにおけるファラデー回転角θF と波長との関係
である。
Here, for the rod, a thermosetting resin was used for the sake of measurement. It is generally known that ceramic rods (Bi-YIG particles and Al.Bi-YIG particles) are used.
Ferromagnetic material such as particles) and many thermoplastic resins have good wettability, so that the ferromagnetic particles can also be dispersed in the thermosetting resin. FIG. 5 shows the relationship between the Faraday rotation angle θF and the wavelength in the Bi-YIG particle dispersion rod.

【0037】図6は、Bi−YIG粒子分散ロッドにお
けるファラデー回転角θF と磁界との関係である。図5
において、横軸は、nm単位で示す光の波長であり、縦
軸は、deg/cm単位で示すファラデー回転角θF で
ある。また、図6において、横軸は、Oe単位で示す磁
場であり、縦軸は、ファラデー回転角θF である。ま
た、▲は、Bi−YIG微粒子分散ロッドの測定結果で
あり、□は、参照用試料の測定結果であり、○は、▲と
□との差分である。
FIG. 6 shows the relationship between the Faraday rotation angle θ F and the magnetic field in the Bi-YIG particle dispersion rod. FIG.
In the graph, the horizontal axis represents the wavelength of light expressed in nm, and the vertical axis represents the Faraday rotation angle θF expressed in deg / cm. In FIG. 6, the horizontal axis is the magnetic field expressed in Oe units, and the vertical axis is the Faraday rotation angle θF. In addition, ▲ indicates the measurement result of the Bi-YIG fine particle dispersed rod, □ indicates the measurement result of the reference sample, and ○ indicates the difference between ▲ and □.

【0038】図5に示すように、Bi−YIG微粒子分
散ロッドの波長依存性は、Bi−YIGのものと一致
し、Bi−YIG微粒子を分散することによって、プラ
スチックのファラデー回転能が増加することが分かる。
As shown in FIG. 5, the wavelength dependency of the Bi-YIG fine particle dispersion rod matches that of the Bi-YIG fine particle, and dispersing the Bi-YIG fine particles increases the Faraday rotation capability of the plastic. I understand.

【0039】そして、図6に示すように、Bi−YIG
微粒子分散ロッドのファラデー回転角θF は、参照用試
料のそれよりも、低磁場において大きく、強磁性体微粒
子であるBi−YIG微粒子を分散させたために、低磁
場におけるファラデー回転の感度が増加したことが分か
る。 (電流センサの構成)図7は、第1の実施形態の電流セ
ンサ(磁気センサ)の構成と光ファイバの例を示す図で
ある。
Then, as shown in FIG. 6, Bi-YIG
The Faraday rotation angle θF of the fine particle dispersion rod is larger in the low magnetic field than that of the reference sample, and the sensitivity of Faraday rotation in the low magnetic field is increased because the Bi-YIG fine particles, which are ferromagnetic fine particles, are dispersed. I understand. (Configuration of Current Sensor) FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a current sensor (magnetic sensor) according to the first embodiment and an example of an optical fiber.

【0040】なお、図7(a)に示す電流センサは、磁
気センサの構成でもある。電流センサは、導電帯に流れ
る電流によって発生する「磁界」によるファラデー回転
を計測するため、電流センサは、そのまま磁気センサと
なるからである。図7(a)において、電流センサ(磁
気センサ)は、レーザ(以下、「LD」と略記する。)
101、偏光子102、Bi−YIG微粒子分散光ファ
イバ103、検光子104及び検出器(以下、「De
t」と略記する。)105とを備えて構成される。
The current sensor shown in FIG. 7A has a magnetic sensor configuration. This is because the current sensor measures the Faraday rotation due to the “magnetic field” generated by the current flowing in the conductive band, and thus the current sensor becomes the magnetic sensor as it is. In FIG. 7A, a current sensor (magnetic sensor) is a laser (hereinafter, abbreviated as “LD”).
101, a polarizer 102, a Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103, an analyzer 104, and a detector (hereinafter, "De
abbreviated as "t". ) 105.

【0041】LD101は、例えば、波長520nmの
レーザ光を射出する。射出したレーザ光は、偏光子10
2に入射され、直線偏光となって、Bi−YIG微粒子
分散光ファイバ103に入射される。このBi−YIG
微粒子分散光ファイバ103は、被検電流が流れる導伝
帯121と交叉するように置かれる。そして、Bi−Y
IG微粒子分散光ファイバ103中を伝播する直線偏光
のレーザ光は、この被検電流によって発生する磁界によ
るファラデー効果により、その偏光面が磁界の強さに応
じた角度だけ回転させられる。偏光面が回転したレーザ
光は、Bi−YIG微粒子分散光ファイバ103から射
出され、検光子104を介してDet105に入射され
る。
The LD 101 emits, for example, a laser beam having a wavelength of 520 nm. The emitted laser light is applied to the polarizer 10
2 and becomes linearly polarized light and enters the Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103. This Bi-YIG
The fine particle-dispersed optical fiber 103 is placed so as to intersect with the conduction band 121 through which the test current flows. And Bi-Y
The linearly polarized laser light propagating in the IG particle dispersed optical fiber 103 has its polarization plane rotated by an angle corresponding to the strength of the magnetic field due to the Faraday effect of the magnetic field generated by the test current. The laser light whose polarization plane has been rotated is emitted from the Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103 and is incident on the Det 105 via the analyzer 104.

【0042】検光子104の偏光方向は、偏光子102
と一致するように置かれる。従って、検光子104で角
度θF だけ偏波面を回転されたレーザ光のうち検光子1
04の偏光方向の成分のみ射出されるので、検光子10
4を透過したレーザ光の強度は、ファラデー回転角θF
に応じて強度変調される。Det105は、例えば、ホ
トダイオードなどの受光素子を備えて構成され、受光し
たレーザ光の強度に応じた信号を出力する。
The polarization direction of the analyzer 104 is
Placed to match. Therefore, of the laser beam whose polarization plane is rotated by the angle θF by the analyzer 104, the analyzer 1
Since only the component in the polarization direction of No. 04 is emitted, the analyzer 10
The intensity of the laser beam that has passed through 4 is the Faraday rotation angle θF
Is intensity-modulated according to. The Det 105 includes a light receiving element such as a photodiode, for example, and outputs a signal corresponding to the intensity of the received laser light.

【0043】一方、Bi−YIG微粒子分散光ファイバ
103は、図7(b)に示すように光ファイバ全体に亘
ってBi−YIG微粒子を分散させた光ファイバでも良
いし、図7(c)及び(d)に示すように光ファイバ中
の所定の箇所にBi−YIG微粒子を分散させた光ファ
イバでもよい。図3から分かるようにBi−YIG微粒
子濃度にもよるが、ファラデー回転角は、3kOeの磁
場の強さにおいて1cm当たり数万度回転するので、B
i−YIG微粒子分散部111は、数μm〜数十μmで
も充分なファラデー回転を得ることができる。
On the other hand, the Bi-YIG fine particle-dispersed optical fiber 103 may be an optical fiber in which Bi-YIG fine particles are dispersed throughout the optical fiber as shown in FIG. As shown in (d), an optical fiber in which Bi-YIG fine particles are dispersed at a predetermined position in the optical fiber may be used. As can be seen from FIG. 3, although depending on the Bi-YIG fine particle concentration, the Faraday rotation angle rotates tens of thousands of degrees per cm at a magnetic field strength of 3 kOe.
The i-YIG fine particle dispersing section 111 can obtain a sufficient Faraday rotation even at several μm to several tens μm.

【0044】(本発明と第1の実施形態との対応関係)
請求項1乃至請求項4に記載の発明と第1の実施形態と
の対応関係は、光ファイバはBi−YIG微粒子分散光
ファイバ103に対応する。請求項6に記載の発明と第
1の実施形態との対応関係は、光源はLD101に対応
し、偏光子は偏光子102に対応し、検光子は検光子1
04に対応し、光ファイバはBi−YIG微粒子分散光
ファイバ103に対応し、検出器はDet105に対応
する。
(Correspondence between the present invention and the first embodiment)
The correspondence between the inventions described in claims 1 to 4 and the first embodiment is that the optical fiber corresponds to the Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103. The correspondence between the invention described in claim 6 and the first embodiment is that the light source corresponds to the LD 101, the polarizer corresponds to the polarizer 102, and the analyzer is the analyzer 1.
04, the optical fiber corresponds to the Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103, and the detector corresponds to Det105.

【0045】請求項8に記載の発明と第1の実施形態と
の対応関係は、光源はLD101に対応し、偏光子は偏
光子102に対応し、検光子は検光子104に対応し、
光ファイバはBi−YIG微粒子分散光ファイバ103
に対応し、検出器はDet105に対応する。 (第1の実施形態の作用効果)一般に、ファラデー回転
角θF は、磁界中に配置されたファラデー素子の長さ
(本実施形態では、Bi−YIG微粒子分散光ファイバ
103の導伝帯121との交叉長)及び磁界の強さに比
例する。この比例定数は、ベルデ定数と呼ばれる。そし
て、発生する磁界の強さは、被検電流の強さに比例する
ため、Bi−YIG微粒子光ファイバから射出されるレ
ーザ光の偏波面は、被検電流の大きさに応じてファラデ
ー回転することになる。
The correspondence between the invention described in claim 8 and the first embodiment is that the light source corresponds to the LD 101, the polarizer corresponds to the polarizer 102, the analyzer corresponds to the analyzer 104,
The optical fiber is a Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103.
And the detector corresponds to Det105. (Function and Effect of First Embodiment) In general, the Faraday rotation angle θF is equal to the length of the Faraday element arranged in the magnetic field (in this embodiment, the Faraday rotation angle θF is smaller than the conduction band 121 of the Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 103). Crossover length) and the strength of the magnetic field. This proportionality constant is called the Verdet constant. Since the strength of the generated magnetic field is proportional to the strength of the test current, the plane of polarization of the laser light emitted from the Bi-YIG fine particle optical fiber rotates Faraday according to the magnitude of the test current. Will be.

【0046】このため、検光子104を介したBi−Y
IG微粒子光ファイバ103から射出されるレーザ光の
強さをDet105で測定することにより、被検電流
(被検磁界)を測定することができる。そして、強磁性
体のベルデ定数は、常磁性体のベルデ定数に較べ数桁大
きいことが知られている。このため、強磁性体であるB
i−YIG微粒子を分散させたBi−YIG微粒子光フ
ァイバ103を使用することにより、電流センサ(磁界
センサ)を高感度にすることができる。また、同一の感
度とする場合では、常磁性体を用いた電流センサに較
べ、格段に検出部である光ファイバの長さを数千分の一
に短くすることができる。
For this reason, Bi-Y through the analyzer 104
By measuring the intensity of the laser beam emitted from the IG fine particle optical fiber 103 with Det 105, the current to be measured (magnetic field to be measured) can be measured. It is known that the Verdet constant of a ferromagnetic material is several orders of magnitude larger than that of a paramagnetic material. Therefore, the ferromagnetic material B
By using the Bi-YIG fine particle optical fiber 103 in which the i-YIG fine particles are dispersed, the sensitivity of the current sensor (magnetic field sensor) can be increased. Further, when the sensitivity is the same, the length of the optical fiber serving as the detection unit can be remarkably reduced to several thousandths as compared with a current sensor using a paramagnetic material.

【0047】従って、従来の常磁性体の光ファイバ電流
センサのように導伝体121に光ファイバを多数回巻き
付ける必要がなく、その設置場所をとらない。次に、別
の実施形態について説明する。 (第2の実施形態)第2の実施形態は、一般式R3-x
xFe5-yy12微粒子分散光ファイバを用いた電流
センサ(磁気センサ)の実施形態である。
Therefore, unlike the conventional paramagnetic optical fiber current sensor, it is not necessary to wind the optical fiber around the conductor 121 many times, and the installation space is not required. Next, another embodiment will be described. (Second Embodiment) A second embodiment uses the general formula R3 -xB
i is an embodiment of the x Fe 5-y M y O 12 current sensor using a fine particle dispersion optical fiber (magnetic sensor).

【0048】ここで、Rは元素記号Y,La,Ce,P
r,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,H
o,Er,Tm,Yb及びLuからなる群より選ばれる
一種類以上の希土類元素を示し、BiはRと置換する元
素、FeはMと置換する元素、Mは元素記号Al,G
a,Cr,Mn,Sc,In,Ru,Rh,Co,Fc
(II),Cu,Ni,Zn,Li,Si,Ge,Zr,
Ti,Hf,Sn,Pb,Mo,V及びNbからなる群
より選ばれる一種類以上の元素を示し、R及びBiはガ
ーネット結晶構造においてcサイトを占め、Fe及びM
はガーネット結晶構造においてa及び/又はdサイトを
占め、0.5≦x≦2.0、y=0,0.5,1,1.
5である。
Here, R is the element symbol Y, La, Ce, P
r, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
at least one rare earth element selected from the group consisting of o, Er, Tm, Yb, and Lu, Bi is an element that replaces R, Fe is an element that replaces M, and M is an element symbol of Al or G
a, Cr, Mn, Sc, In, Ru, Rh, Co, Fc
(II), Cu, Ni, Zn, Li, Si, Ge, Zr,
Represents one or more elements selected from the group consisting of Ti, Hf, Sn, Pb, Mo, V and Nb, R and Bi occupy the c site in the garnet crystal structure, and Fe and M
Occupies the a and / or d sites in the garnet crystal structure, and 0.5 ≦ x ≦ 2.0, y = 0, 0.5, 1, 1..
5

【0049】上記R3-xBixFe5-yy12微粒子の代
表としてAl・Bi−YIG微粒子について説明する
が、La,Ce,Pr,Nd,PmなどはYと同様な性
質であり、Ga,Cr,Mn,Sc,InなどはAlと
同様な性質であることから、他の元素についても同様で
ある。鉄ガーネットは、フェリ磁性体であり、a(16
a)とd(24d)サイトを占める鉄イオンの磁気モー
メントの差分が、外部から観察可能な磁化に相当する。
鉄ガーネットの光吸収は、この鉄イオンによるから、こ
の鉄イオンを所定の波長領域で光吸収を持たない元素で
置換すれば、Bi−YIGの光吸収係数を低減すること
ができる。例えば、可視領域に光吸収を持たない元素で
あるAlを置換する。
The above R 3-x Bi x Fe 5 -y M y O 12 as a representative of the fine particles for Al · Bi-YIG particles is described, but, La, Ce, Pr, Nd , etc. Pm in properties similar to Y Since Ga, Cr, Mn, Sc, In and the like have the same properties as Al, the same applies to other elements. Iron garnet is a ferrimagnetic material, and a (16
The difference between the magnetic moments of the iron ions occupying the a) and d (24d) sites corresponds to the externally observable magnetization.
Since the light absorption of iron garnet is due to the iron ions, the Bi-YIG light absorption coefficient can be reduced by replacing the iron ions with an element having no light absorption in a predetermined wavelength region. For example, Al which is an element having no light absorption in the visible region is replaced.

【0050】(Al・Bi−YIG微粒子の製造)Al
・Bi−YIG微粒子は、第1の実施形態と同様に、共
沈・焼成法により製造することができる。即ち、様々な
組成に調整した、硝酸鉄、硝酸イットリウム、硝酸ビス
マス、硝酸アルミニウムの混合水溶液から、アンモニア
水又は水酸化ナトリウム水溶液を使用して、これらの金
属イオンを含む水酸化物を沈殿させる。そして、これを
加熱することによって熱分解を行い酸化物とし、さら
に、結晶化を行い、Bi−YIG微粒子を製造する。こ
の脱水及び結晶化は、700℃、1時間の熱処理を行っ
た。
(Production of Al · Bi-YIG Fine Particles)
-Bi-YIG fine particles can be produced by a coprecipitation / sintering method as in the first embodiment. That is, a hydroxide containing these metal ions is precipitated from a mixed aqueous solution of iron nitrate, yttrium nitrate, bismuth nitrate, and aluminum nitrate adjusted to various compositions using aqueous ammonia or aqueous sodium hydroxide. Then, by heating this, it is thermally decomposed into an oxide and further crystallized to produce Bi-YIG fine particles. For the dehydration and crystallization, heat treatment was performed at 700 ° C. for one hour.

【0051】なお、Bi12AlyFe5-y12(y=
0.5)微粒子を得るためには、硝酸鉄(III)9水和
物17.24g、硝酸イットリウム6水和物7.26
g、硝酸ビスマス5水和物4.60g及び硝酸アルミニ
ウム9水和物1.78gとすればよい。さらに、このA
l・Bi−YIG微粒子を、第1の実施形態における基
礎実験と同様に、エポキシバインダと混合し、遊星型ボ
ールミルで30時間粉砕・分散し、Al・Bi−YIG
微粒子を分散させた溶液を作製した。
[0051] Incidentally, Bi 1 Y 2 Al y Fe 5-y O 12 (y =
0.5) In order to obtain fine particles, 17.24 g of iron (III) nitrate 9 hydrate and 7.26 of yttrium nitrate hexahydrate were used.
g, bismuth nitrate pentahydrate 4.60 g and aluminum nitrate 9 hydrate 1.78 g. Furthermore, this A
As in the basic experiment in the first embodiment, l-Bi-YIG fine particles were mixed with an epoxy binder, pulverized and dispersed in a planetary ball mill for 30 hours, and then mixed with Al-Bi-YIG.
A solution in which fine particles were dispersed was prepared.

【0052】(Al・Bi−YIG微粒子薄膜光ファイ
バの製造)図8は、第2の実施形態の光ファイバの例を
示す図である。図8(a)において、Al・Bi−YI
G微粒子薄膜光ファイバ109は、一般のプラスティッ
ク光ファイバ、例えば、ポリメチルメタクリレート製の
光ファイバの一端面に、上記Al・Bi−YIG微粒子
を分散させた溶液を塗布する。そして、室温などで自然
乾燥させて、Al・Bi−YIG微粒子を分散させた薄
膜部109-bを形成する。
(Production of Al-Bi-YIG Fine Particle Optical Fiber) FIG. 8 is a view showing an example of an optical fiber according to the second embodiment. In FIG. 8A, Al.Bi-YI
The G-particle thin-film optical fiber 109 is formed by applying a solution in which the above Al.Bi-YIG fine particles are dispersed to one end surface of a general plastic optical fiber, for example, an optical fiber made of polymethyl methacrylate. Then, the film is naturally dried at room temperature or the like to form a thin film portion 109-b in which Al.Bi-YIG fine particles are dispersed.

【0053】さらに、図8(b)に示すように、Al・
Bi−YIG微粒子薄膜部109-bにおける光ファイバ
と接していない面、即ち、外界と接している面に鏡面部
109-cを形成する。この鏡面部109-cは、例えば、
Alを真空蒸着法によって形成する。 (Bi−YIG微粒子濃度及び粒径濃度とファラデー回
転角との関係)次に、Al・Bi−YIG微粒子薄膜塗
布プラスティック光ファイバの設計を行うための基礎実
験結果について説明する。
Further, as shown in FIG.
A mirror surface portion 109-c is formed on the surface of the Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b that is not in contact with the optical fiber, that is, the surface that is in contact with the outside. This mirror surface portion 109-c is, for example,
Al is formed by a vacuum evaporation method. (Relationship between Bi-YIG Fine Particle Concentration and Particle Size Concentration and Faraday Rotation Angle) Next, the results of a basic experiment for designing a plastic optical fiber coated with an Al.Bi-YIG fine particle thin film will be described.

【0054】基礎実験は、Al・Bi−YIG微粒子を
含むシートを製作して行った。このシートは、上記Al
・Bi−YIG微粒子を分散させた溶液をガラス基板上
にスピンコート法によって塗布した。この塗布膜は、膜
厚が約2.0μm、微粒子の体積濃度が約40%であ
る。図9は、Al・Bi−YIG粒子薄膜におけるファ
ラデー回転角及び光吸収係数とAl置換量との関係を示
す図である。
The basic experiment was performed by manufacturing a sheet containing Al.Bi-YIG fine particles. This sheet is
A solution in which Bi-YIG fine particles were dispersed was applied on a glass substrate by a spin coating method. This coating film has a thickness of about 2.0 μm and a volume concentration of the fine particles of about 40%. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle and the light absorption coefficient and the Al substitution amount in the Al.Bi-YIG particle thin film.

【0055】図10は、Al・Bi−YIG粒子薄膜に
おける性能指数とAl置換量との関係を示す図である。
図9において、横軸は、Bi12AlyFe5-y12のy
を単位とするAl置換量を示し、左縦軸は、/cmを単
位とする光吸収係数αであり、右縦軸は、deg/cm
を単位とするファラデー回転角2θFである。また、図
10において、横軸は、同様にAl置換量yを示し、縦
軸は、degを単位とする性能指数Fである。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the figure of merit and the amount of Al substitution in an Al.Bi-YIG particle thin film.
In FIG. 9, the horizontal axis represents y of Bi 1 Y 2 Aly Fe 5-y O 12 .
Is the unit of Al substitution, the left vertical axis is the light absorption coefficient α in units of / cm, and the right vertical axis is deg / cm
Is the Faraday rotation angle 2θF in units of. In FIG. 10, the horizontal axis similarly indicates the Al substitution amount y, and the vertical axis is the performance index F in units of deg.

【0056】ここで、測定は、それぞれの組成の微粒子
について、X線回折でガーネット構造であることを確認
した上で、第1の実施形態と同様の条件・機器で計測し
た。図9に示すように、ファラデー回転角2θF 及び光
吸収係数αは、Al置換量yの増加と伴に双方とも減少
する。これは、鉄イオン数がAlイオンに順次置換され
たものであると考えられる。
Here, the measurement was carried out under the same conditions and equipment as in the first embodiment after confirming that the fine particles of each composition had a garnet structure by X-ray diffraction. As shown in FIG. 9, both the Faraday rotation angle 2θF and the light absorption coefficient α decrease as the Al substitution amount y increases. This is considered that the number of iron ions was sequentially replaced by Al ions.

【0057】ここで、ファラデー回転角θF と光吸収係
数αの減少割合が異なるため、性能指数Fは、図10に
示すように、y=0.5で最大値約3.2となる。以上
より、FeをAlで置換することにより(0<y≦1.
5)することにより、可視領域において透過特性の優れ
た、かつ、ファラデー回転角がなお常磁性体よりも大き
い微粒子が得られ、y=0.5のAl置換量において、
最も優れた磁気光学特性を示す。
Here, since the Faraday rotation angle θF and the reduction rate of the light absorption coefficient α are different, the performance index F becomes a maximum value of about 3.2 at y = 0.5 as shown in FIG. As described above, by substituting Fe for Al (0 <y ≦ 1.
5) By doing so, fine particles having excellent transmission characteristics in the visible region and having a Faraday rotation angle larger than that of the paramagnetic material can be obtained.
Shows the best magneto-optical properties.

【0058】(電流センサの構成)図11は、第2の実
施形態の電流センサの構成を示す図である。なお、図1
1に示す電流センサは、磁気センサの構成でもある。図
11において、電流センサ(磁気センサ)は、LD10
1、ビームスプリッタ107、偏光子102、Al・B
i−YIG微粒子薄膜光ファイバ109及びDet10
5とを備えて構成される。
(Configuration of Current Sensor) FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the current sensor according to the second embodiment. FIG.
The current sensor shown in FIG. 1 is also a configuration of a magnetic sensor. In FIG. 11, a current sensor (magnetic sensor) is an LD10
1. Beam splitter 107, polarizer 102, Al.B
i-YIG fine particle thin film optical fiber 109 and Det10
5 is provided.

【0059】LD101から射出されたレーザ光は、ビ
ームスプリッタ107を介して偏光子102に入射さ
れ、直線偏光となって、Al・Bi−YIG微粒子薄膜
光ファイバ109に入射される。このAl・Bi−YI
G微粒子薄膜光ファイバ109のAl・Bi−YIG微
粒子薄膜部109-bは、被検電流が流れる導伝帯121
と交叉するように置かれる。
The laser light emitted from the LD 101 is incident on the polarizer 102 via the beam splitter 107, becomes linearly polarized light, and is incident on the Al.Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 109. This Al-Bi-YI
The Al • Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b of the G fine particle thin film optical fiber 109 is connected to the conduction band 121 through which the current to be measured flows.
Placed so as to intersect with.

【0060】そして、Al・Bi−YIG微粒子薄膜光
ファイバ109中の光ファイバ部109-a中を伝播した
直線偏光のレーザ光は、Al・Bi−YIG微粒子薄膜
部塗布部109-bで、この被検電流によって発生する磁
界によるファラデー効果により、その偏光面が磁界の強
さに応じた角度βだけ回転させられる。偏光面が回転し
たレーザ光は、鏡面部109-cで反射され、そのレーザ
光は、再びAl・Bi−YIG微粒子薄膜部109-b
で、その偏光面が磁界の強さに応じた角度βだけさらに
回転させられる。
The linearly polarized laser light propagating through the optical fiber portion 109-a in the Al.Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 109 is applied to the Al.Bi-YIG fine particle thin film coating portion 109-b. Due to the Faraday effect of the magnetic field generated by the test current, the polarization plane is rotated by an angle β according to the strength of the magnetic field. The laser light whose polarization plane has been rotated is reflected by the mirror surface portion 109-c, and the laser light is again transmitted to the Al / Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b.
Then, the polarization plane is further rotated by an angle β corresponding to the strength of the magnetic field.

【0061】ファラデー効果は、非相反的な効果である
ため、Al・Bi−YIG微粒子薄膜部109-bを往復
することで、偏波面の回転角は、積算されて2βとな
る。2β回転したレーザ光は、光ファイバ部109-aを
再び伝播し、偏光子102に入射される。2β回転した
レーザ光は、偏光子102の偏光方向成分だけが偏光子
102を透過し、ビームスプリッタ107で進行方向を
変更され、Det105に入射される。Det105
は、受光したレーザ光の強度に応じた信号を出力する。
Since the Faraday effect is a non-reciprocal effect, the reciprocating motion of the Al.Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b makes the rotation angle of the polarization plane integrated to 2β. The laser light rotated by 2β propagates again through the optical fiber portion 109-a and enters the polarizer 102. In the laser light rotated by 2β, only the polarization direction component of the polarizer 102 passes through the polarizer 102, the traveling direction is changed by the beam splitter 107, and the laser beam is incident on the Det 105. Det105
Outputs a signal corresponding to the intensity of the received laser beam.

【0062】なお、上述では、レーザ光を鏡面部109
-cで反射されるようにしたが、図8(a)に示す鏡面部
109-cを備えない光ファイバでもよい。レーザ光の反
射強度は鏡面で反射させる場合に較べて低下するが、A
l・Bi−YIG微粒子薄膜部109-bと例えば、空気
との屈折率の相違により、Al・Bi−YIG微粒子薄
膜部109-bの端面でレーザ光を反射させることが可能
だからである。
In the above description, the laser beam is applied to the mirror surface portion 109.
Although the light is reflected at -c, it may be an optical fiber without the mirror surface 109-c shown in FIG. Although the reflection intensity of the laser light is lower than that when the light is reflected by a mirror surface, A
This is because the laser beam can be reflected at the end face of the Al-Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b due to the difference in the refractive index between the l-Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b and, for example, air.

【0063】(本発明と第2の実施形態との対応関係)
請求項2乃至請求項5に記載の発明と第2の実施形態と
の対応関係は、光ファイバはAl・Bi−YIG微粒子
薄膜光ファイバ109に対応する。請求項7に記載の発
明と第2の実施形態との対応関係は、光源はLD101
に対応し、ビームスプリッタはビームスプリッタ107
に対応し、偏光板は偏光子102に対応し、光ファイバ
はAl・Bi−YIG微粒子薄膜光ファイバ109に対
応し、検出器はDet105に対応する。
(Correspondence between the present invention and the second embodiment)
The correspondence between the inventions described in claims 2 to 5 and the second embodiment is that the optical fiber corresponds to the Al.Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 109. The correspondence between the invention described in claim 7 and the second embodiment is that the light source is the LD 101
And the beam splitter is a beam splitter 107
, The polarizing plate corresponds to the polarizer 102, the optical fiber corresponds to the Al · Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 109, and the detector corresponds to the Det 105.

【0064】請求項9に記載の発明と第2の実施形態と
の対応関係は、光源はLD101に対応し、ビームスプ
リッタはビームスプリッタ107に対応し、偏光板は偏
光子102に対応し、光ファイバはAl・Bi−YIG
微粒子薄膜光ファイバ109に対応し、検出器はDet
105に対応する。 (第2の実施形態の作用効果)偏光子102から射出さ
れた直線偏光されたレーザ光は、Al・Bi−YIG微
粒子薄膜部109-bを往復することにより偏波面が2β
回転して、再び偏光子102に入射される。このため、
2β回転したレーザ光のうち偏光子102の偏光方向成
分だけが透過することになるから、ファラデー回転角2
βに対応して強度変調されたレーザ光が偏光子102か
ら射出されることになる。
The correspondence between the invention described in claim 9 and the second embodiment is that the light source corresponds to the LD 101, the beam splitter corresponds to the beam splitter 107, the polarizing plate corresponds to the polarizer 102, Fiber is Al-Bi-YIG
Compatible with the fine particle thin film optical fiber 109, the detector is Det.
105. (Operation and effect of the second embodiment) The linearly polarized laser light emitted from the polarizer 102 reciprocates through the Al-Bi-YIG fine particle thin film portion 109-b, so that the polarization plane becomes 2β.
It rotates and is again incident on the polarizer 102. For this reason,
Since only the polarization direction component of the polarizer 102 of the laser light rotated by 2β is transmitted, the Faraday rotation angle 2
The laser light intensity-modulated according to β is emitted from the polarizer 102.

【0065】従って、この強度変調をDet105で検
出することによって、被検電流の大きさを検出すること
ができる。そして、このAl・Bi−YIG微粒子薄膜
光ファイバ109は、強磁性体であるAl・Bi−YI
G微粒子を含むため、電流センサ(磁界センサ)を高感
度にすることができる。
Therefore, by detecting the intensity modulation by the Det 105, the magnitude of the test current can be detected. The Al-Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 109 is made of a ferromagnetic Al-Bi-YI
Since it contains G fine particles, the current sensor (magnetic field sensor) can have high sensitivity.

【0066】また、Al・Bi−YIG微粒子を含む部
分を光ファイバの一端に偏在させているので、検出部の
みをプローブとして形成することもできる。なお、第1
及び第2の実施形態では、プラスチック光ファイバを用
いたが、ガラス光ファイバについても適用可能である。
また、第1の実施形態では、LD101と偏光子102
との間に、第2の実施形態では、LD101とビームス
プリッタ107との間に、光アイソレータを挿入するよ
うにしてもよい。このような光アイソレータは、反射光
がLD101に戻ることを防止してLD101の動作を
安定にすることができる。
Further, since the portion containing the Al.Bi-YIG fine particles is unevenly distributed at one end of the optical fiber, only the detecting portion can be formed as a probe. The first
In the second embodiment, the plastic optical fiber is used. However, the present invention can be applied to a glass optical fiber.
In the first embodiment, the LD 101 and the polarizer 102
In the second embodiment, an optical isolator may be inserted between the LD 101 and the beam splitter 107. Such an optical isolator can prevent the reflected light from returning to the LD 101 and stabilize the operation of the LD 101.

【0067】そして、光の結合率を高める観点から、各
光部品間にレンズを挿入してもよい。次に、別の実施形
態について説明する。 (第3の実施形態)第3の実施形態は、一般式Bix
3-xFe512(0<x≦2.0)微粒子分散光ファイバ
の実施形態である。
Then, from the viewpoint of increasing the light coupling rate, a lens may be inserted between each optical component. Next, another embodiment will be described. (Third Embodiment) A third embodiment is based on the general formula Bi x Y
This is an embodiment of a 3-x Fe 5 O 12 (0 <x ≦ 2.0) fine particle dispersed optical fiber.

【0068】図12は、第3の実施形態の光ファイバと
その製造法を示す図である。図12において、まず、プ
ラスティック円筒152(図12(b))を用意し、こ
の円筒内に第1の実施形態の基礎実験において製造した
Bi−YIG微粒子を分散させた溶液をシリンジなどを
用いて、所定の箇所に注入する(図12(c))。
FIG. 12 is a diagram showing an optical fiber according to the third embodiment and a method for manufacturing the same. In FIG. 12, first, a plastic cylinder 152 (FIG. 12B) is prepared, and a solution in which Bi-YIG fine particles manufactured in the basic experiment of the first embodiment are dispersed in this cylinder is used by using a syringe or the like. Is injected into a predetermined location (FIG. 12C).

【0069】そして、プラスチック光ファイバ151-a
及びプラスチック光ファイバ151-bをプラスチック円
筒152の双方から差し込み、Bi−YIG微粒子分散
溶液相を挟み込む(図12(d))。ここで、プラスチ
ック光ファイバ151の外径は、プラスチック円筒15
2に挿入することができる程度の径にする。その後、プ
ラスチック円筒152を加熱する。この加熱により、B
i−YIG微粒子分散溶液を固化させると伴にプラスチ
ック光ファイバ151-a及びプラスチック光ファイバ1
51-bと融着させ、かつ、プラスチック円筒152とプ
ラスチック光ファイバ151-a及びプラスチック光ファ
イバ151-bとも融着させる(図12(e))。
Then, the plastic optical fiber 151-a
Then, the plastic optical fiber 151-b is inserted from both the plastic cylinder 152, and the Bi-YIG fine particle dispersed solution phase is sandwiched (FIG. 12D). Here, the outer diameter of the plastic optical fiber 151 is
2 so that the diameter can be inserted. Thereafter, the plastic cylinder 152 is heated. By this heating, B
The solidification of the i-YIG fine particle dispersion solution causes the plastic optical fiber 151-a and the plastic optical fiber 1
The plastic cylinder 152 is fused with the plastic optical fiber 151-a and the plastic optical fiber 151-b (FIG. 12E).

【0070】このようにして、図12(a)に示すBi
−YIG微粒子分散光ファイバ150が製造される。 (本発明と第3の実施形態との対応関係)請求項1及び
請求項3に記載の発明と第3の実施形態との対応関係
は、光ファイバはBi−YIG微粒子分散光ファイバ1
50に対応する。
As described above, the Bi shown in FIG.
-The YIG particle dispersion optical fiber 150 is manufactured. (Correspondence relationship between the present invention and the third embodiment) The correspondence relationship between the invention described in claim 1 and claim 3 and the third embodiment is that the optical fiber is a Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 1.
Corresponding to 50.

【0071】(第3の実施形態の作用効果)第3の実施
形態のBi−YIG微粒子分散光ファイバ150は、第
1の実施形態において各実験結果に基づいて説明したよ
うに、強磁性体であるBi−YIG微粒子を分散させて
あるので、磁気光学特性に優れる。なお、このBi−Y
IG微粒子分散光ファイバ150を図7(a)に示す電
流センサ(磁気センサ)におけるBi−YIG微粒子分
散光ファイバ103の代わりに使用することができる。
(Operation and Effect of Third Embodiment) The Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 150 of the third embodiment is made of a ferromagnetic material as described in the first embodiment based on each experimental result. Since certain Bi-YIG fine particles are dispersed, the magneto-optical characteristics are excellent. Note that this Bi-Y
The IG particle-dispersed optical fiber 150 can be used instead of the Bi-YIG particle-dispersed optical fiber 103 in the current sensor (magnetic sensor) shown in FIG.

【0072】なお、第1及び第3の実施形態では、一般
式Bix3-xFe512(0<x≦2.0)微粒子を分
散させた光ファイバについて説明したが、一般式R3-x
BixFe5-yy12微粒子を分散させることも可能で
ある。そして、第2の実施形態では、一般式R3-xBix
Fe5-yy12微粒子を分散させた光ファイバについて
説明したが、一般式Bix3-xFe512(0<x≦
2.0)微粒子を分散させることも可能である。
In the first and third embodiments, the optical fiber in which the fine particles of the general formula Bi x Y 3-x Fe 5 O 12 (0 <x ≦ 2.0) are dispersed has been described. R 3-x
It is also possible to disperse the Bi x Fe 5-y M y O 12 fine particles. In the second embodiment, the general formula R 3-x Bi x
Has been described Fe 5-y M y O 12 optical fiber in which fine particles are dispersed, the general formula Bi x Y 3-x Fe 5 O 12 (0 <x ≦
2.0) It is also possible to disperse fine particles.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の光ファイバは、強磁性体の微粒
子を分散させるので磁気光学特性に優れる。また、この
ような光ファイバを用いるのでファラデー効果が大きい
ため、本発明の電流センサ及び磁気センサは、検出部を
小型化することができ、かつ、高感度である。さらに本
発明の電流センサ及び磁気センサは、、検出部を短くす
ることができるので、3次元形状の変形による検出値に
与える影響を抑制することができる。
The optical fiber of the present invention is excellent in magneto-optical characteristics because ferromagnetic fine particles are dispersed. Further, since such an optical fiber is used, the Faraday effect is large, so that the current sensor and the magnetic sensor according to the present invention can reduce the size of the detection unit and have high sensitivity. Furthermore, since the current sensor and the magnetic sensor of the present invention can shorten the detection unit, it is possible to suppress the influence of the deformation of the three-dimensional shape on the detection value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Bi−YIG粒子薄膜におけるファラデー回転
角及び光吸収係数とBi濃度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a relationship between a Faraday rotation angle and a light absorption coefficient and a Bi concentration in a Bi-YIG particle thin film.

【図2】Bi−YIG粒子薄膜における性能指数とBi
濃度との関係を示す図である。
FIG. 2 is a figure of merit and Bi of a Bi-YIG particle thin film.
It is a figure which shows the relationship with density.

【図3】Bi−YIG粒子薄膜におけるファラデー回転
角及び光吸収係数と粒子濃度との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a Faraday rotation angle, a light absorption coefficient, and a particle concentration in a Bi-YIG particle thin film.

【図4】Bi−YIG粒子薄膜における性能指数と粒子
濃度との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a figure of merit and a particle concentration in a Bi-YIG particle thin film.

【図5】Bi−YIG粒子分散ロッドにおけるファラデ
ー回転角θF と波長との関係である。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a Faraday rotation angle θF and a wavelength in a Bi-YIG particle dispersion rod.

【図6】Bi−YIG粒子分散ロッドにおけるファラデ
ー回転角θF と磁界との関係である。
FIG. 6 shows a relationship between a Faraday rotation angle θF and a magnetic field in a Bi-YIG particle dispersion rod.

【図7】第1の実施形態の電流センサ(磁気センサ)の
構成と光ファイバの例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a current sensor (magnetic sensor) and an example of an optical fiber according to the first embodiment.

【図8】第2の実施形態の光ファイバの例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an optical fiber according to a second embodiment.

【図9】Al・Bi−YIG粒子薄膜におけるファラデ
ー回転角及び光吸収係数とAl置換量との関係を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle and the light absorption coefficient and the Al substitution amount in an Al.Bi-YIG particle thin film.

【図10】Al・Bi−YIG粒子薄膜における性能指
数とAl置換量との関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a figure of merit and an Al substitution amount in an Al.Bi-YIG particle thin film.

【図11】第2の実施形態の電流センサ(磁気センサ)
の構成を示す図である。
FIG. 11 is a current sensor (magnetic sensor) according to the second embodiment;
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of FIG.

【図12】第3の実施形態の光ファイバとその製造法FIG. 12 is an optical fiber according to a third embodiment and its manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 レーザ 102 偏光子 103 Bi−YIG微粒子分散光ファイバ 104 検光子 105 検出器 107 ビームスプリッタ 109 Al・Bi−YIG微粒子薄膜光ファイバ 150 プラスティック光ファイバ Reference Signs List 101 laser 102 polarizer 103 Bi-YIG fine particle dispersed optical fiber 104 analyzer 105 detector 107 beam splitter 109 Al / Bi-YIG fine particle thin film optical fiber 150 plastic optical fiber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 カルロス 清一 東京都世田谷区奥沢7丁目5−10サン・エ ウラマンション203号 Fターム(参考) 2G017 AA02 AD12 AD20 BA14 CB04 CB24 CC01 2G025 AA00 AB10 AB13 AC06 2H050 AB43X AC86 AD06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Carlos Seiichi San-Eura Mansion 203 F-term (reference) 2G017 AA02 AD12 AD20 BA14 CB04 CB24 CC01 2G025 AA00 AB10 AB13 AC06 2H050 AB43X AC86 AD06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強磁性体の粒子を含むことを特徴とする
光ファイバ。
1. An optical fiber comprising ferromagnetic particles.
【請求項2】 強磁性体の粒子を含む磁性体膜で一端面
を覆ったことを特徴とする光ファイバ。
2. An optical fiber, wherein one end surface is covered with a magnetic film containing ferromagnetic particles.
【請求項3】 前記強磁性体膜における前記光ファイバ
と接していない表面を鏡面としたことを特徴とする請求
項2に記載の光ファイバ。
3. The optical fiber according to claim 2, wherein a surface of the ferromagnetic film that is not in contact with the optical fiber is a mirror surface.
【請求項4】 前記強磁性体は、一般式Bix3-xFe
512(0<x≦2.0)であるビスマス置換鉄ガーネ
ットであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のい
ずれか1項に記載の光ファイバ。
4. The ferromagnetic material has a general formula Bi x Y 3-x Fe
The optical fiber according to claim 1, wherein the optical fiber is bismuth-substituted iron garnet having 5 O 12 (0 <x ≦ 2.0). 5.
【請求項5】 前記強磁性体は、一般式R3-xBixFe
5-yy12(但し、Rは元素記号Y,La,Ce,P
r,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,H
o,Er,Tm,Yb及びLuからなる群より選ばれる
一種類以上の希土類元素を示し、BiはRと置換する元
素、FeはMと置換する元素、Mは元素記号Al,G
a,Cr,Mn,Sc,In,Ru,Rh,Co,Fc
(II),Cu,Ni,Zn,Li,Si,Ge,Zr,
Ti,Hf,Sn,Pb,Mo,V及びNbからなる群
より選ばれる一種類以上の元素を示し、R及びBiはガ
ーネット結晶構造においてcサイトを占め、Fe及びM
はガーネット結晶構造においてa及び/又はdサイトを
占め、0.5≦x≦2.0、y=0,0.5,1,1.
5)であるアルミニウム置換ビスマス置換鉄ガーネット
であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれ
か1項に記載の光ファイバ。
5. The ferromagnetic material has a general formula R 3-x B x Fe
5-y MyO 12 (where R is the element symbol Y, La, Ce, P
r, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
at least one rare earth element selected from the group consisting of o, Er, Tm, Yb, and Lu; Bi is an element that replaces R; Fe is an element that replaces M;
a, Cr, Mn, Sc, In, Ru, Rh, Co, Fc
(II), Cu, Ni, Zn, Li, Si, Ge, Zr,
Represents one or more elements selected from the group consisting of Ti, Hf, Sn, Pb, Mo, V and Nb, R and Bi occupy the c site in the garnet crystal structure, and Fe and M
Occupies the a and / or d sites in the garnet crystal structure, and 0.5 ≦ x ≦ 2.0, y = 0, 0.5, 1, 1..
The optical fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical fiber is an aluminum-substituted bismuth-substituted iron garnet that is (5).
【請求項6】 光を射出する光源と、 光を直線偏光にする偏光子及び検光子と、 前記請求項1に記載の光ファイバと、 光を検出する検出器とを備え、 前記検出器は、前記光源から射出された光を、前記偏光
子、前記光ファイバ及び前記検光子を介して受光するこ
とを特徴とする電流センサ。
6. A light source for emitting light, a polarizer and an analyzer for converting light into linearly polarized light, the optical fiber according to claim 1, and a detector for detecting light, wherein the detector comprises: A current sensor for receiving light emitted from the light source via the polarizer, the optical fiber, and the analyzer.
【請求項7】 光を射出する光源と、 入射する光を2方向に分岐するビームスプリッタと、 光を直線偏光にする偏光板と、 前記請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の光フ
ァイバと、 光を検出する検出器とを備え、 前記光源から射出された光は、前記ビームスプリッタ及
び前記偏光板を介して前記光ファイバに入射され、該入
射された光は、前記光ファイバの入射端とは逆の端で反
射されて前記入射端から射出され、該射出された光は、
前記偏光板及びビームスプリッタを介して前記検出器に
入射されるようにしたことを特徴とする電流センサ。
7. The light source according to claim 1, wherein: a light source for emitting light; a beam splitter for splitting incident light in two directions; An optical fiber, and a detector for detecting light, light emitted from the light source is incident on the optical fiber via the beam splitter and the polarizing plate, and the incident light is the light The light is reflected at the end opposite to the incident end of the fiber and is emitted from the incident end, and the emitted light is
A current sensor, wherein the light is incident on the detector via the polarizing plate and the beam splitter.
【請求項8】 光を射出する光源と、 光を直線偏光にする偏光子及び検光子と、 前記請求項1に記載の光ファイバと、 光を検出する検出器とを備え、 前記検出器は、前記光源から射出された光を、前記偏光
子、前記光ファイバ及び前記検光子を介して受光するこ
とを特徴とする磁気センサ。
8. A light source for emitting light, a polarizer and an analyzer for converting light into linearly polarized light, the optical fiber according to claim 1, and a detector for detecting light, wherein the detector is A magnetic sensor for receiving light emitted from the light source via the polarizer, the optical fiber, and the analyzer.
【請求項9】 光を射出する光源と、 入射する光を2方向に分岐するビームスプリッタと、 光を直線偏光にする偏光板と、 前記請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の光フ
ァイバと、 光を検出する検出器とを備え、 前記光源から射出された光は、前記ビームスプリッタ及
び前記偏光板を介して前記光ファイバに入射され、該入
射された光は、前記光ファイバの入射端とは逆の端で反
射されて前記入射端から射出され、該射出された光は、
前記偏光板及びビームスプリッタを介して前記検出器に
入射されるようにしたことを特徴とする磁気センサ。
9. The light source for emitting light, a beam splitter for splitting incident light in two directions, and a polarizing plate for converting light into linearly polarized light, according to any one of claims 1 to 5, An optical fiber, and a detector for detecting light, light emitted from the light source is incident on the optical fiber via the beam splitter and the polarizing plate, and the incident light is the light The light is reflected at the end opposite to the incident end of the fiber and is emitted from the incident end, and the emitted light is
A magnetic sensor, wherein the light is incident on the detector via the polarizing plate and the beam splitter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8233753B2 (en) 2005-06-29 2012-07-31 Nec Corporation Electric field sensor, magnetic field sensor, electromagnetic field sensor and electromagnetic field measuring system using these sensors
JP2019090714A (en) * 2017-11-15 2019-06-13 株式会社東芝 Optical magnetic field and current measuring device
JP2019138775A (en) * 2018-02-09 2019-08-22 シチズンファインデバイス株式会社 Magnetic field sensor element and magnetic field sensor device

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